Los motores de combustión tienen un problema: sólo proporcionan potencia útil dentro de un régimen muy determinado de revoluciones, todo lo contrario de lo que sucede con los motores eléctricos o las máquinas de vapor.
Esto significa que las revoluciones, la potencia que puede transmitir el motor y el cambio de marchas tienen que estar perfectamente sincronizados en distintos estados de conducción. De eso se encarga el embrague.
En efecto, el embrague une o separa la cadena cinemática entre el motor y el cambio de marchas. Naturalmente, todo conductor de automóvil conoce este hecho por propia experiencia. Si se pisa el pedal del embrague, la impulsión del motor se interrumpe y se puede engranar otra marcha.
El embrague hace posible sobre todo que un turismo, un camión o cualquier tipo de vehículo industrial se pueda poner en movimiento sin tirones.
Exigencias muy altas
Como consecuencia de los continuos avances que se realizan en el sector del automóvil, los componentes del embrague tienen que satisfacer una gran cantidad de requisitos que influyen de un modo significativo en un comportamiento y manejo cómodo del vehículo.
Hablamos, por ejemplo, de un arranque suave, una conexión rápida de marchas, una máxima amortiguación de vibraciones o la reducción al mínimo del ruido. Los constructores de automóviles se plantean cual es la solución más adecuada para todas estas acciones.
Por eso, un embrague moderno se caracteriza por una gran resistencia a las revoluciones, alta seguridad de transmisión de la impulsión del motor, poca altura de diseño, escasa fuerza necesaria para accionar el embrague y una larga duración de servicio.
La vida interna del embrague
Entre los componentes principales de un embrague moderno se encuentran:
El volante de inercia
Debido al trabajo no regular de la combustión en el motor, que apenas se puede evitar, se produce forzosamente una marcha „no redonda“ del mismo.
El volante de inercia, atornillado al cigüeñal del motor, trabaja como acumulador de energía y compensa esas irregularidades.
Observación: cuanto mayor es la masa de un volante de inercia, tanto más redonda es la marcha del motor.
El volante de inercia está dimensionado además de forma que el calor por fricción que se produce al embragar, no sólo se pueda absorber sin problemas, sino que también se pueda evacuar de la mejor forma posible.
Y como este componente ejerce una influencia decisiva sobre factores importantes tales como el comportamiento en la puesta en movimiento y el comportamiento frente al desgaste, la elección del material del volante de inercia es de importancia decisiva, habiéndose acreditado a este respecto el empleo de la fundición gris.
Desde el punto de vista de su construcción se distingue entre el volante de copa y el volante plano.
El disco de embrague
Como participante en la función de fricción, se puede decir que el disco de embrague es el „mediador“ entre el volante de inercia y el plato de apriete del embrague. Por medio del disco de embrague se transmite el par motor al eje primario del cambio de marchas.
Permite que el vehículo se ponga en movimiento con suavidad y que el cambio de marchas se pueda realizar con rapidez, aislando también la cadena cinemática de las irregularidades de la combustión en el motor. Por lo tanto, no es exagerado decir que al disco de embrague se le exige un gran rendimiento.
Sin embargo, de momento es suficiente con que tomemos nota de sus componentes más importantes, que son los siguientes:
Los forros de fricción
La característica más importante de un embrague de fricción conectable es (como su nombre ya indica) la transmisión de fuerza por medio de la fricción.
Los forros de fricción, remachados o pegados al disco de embrague, son los que generan esa transmisión de fuerza mediante el rozamiento.
Los forros de fricción están sometidos a una carga muy alta
Los forros de fricción soportan tensiones de tracción, de cizallamiento y de torsión, dependiendo de la función que desarrollen. Y, a diferencia de los que sucede con los forros de los frenos, tienen que soportar también algunas cosas más.
Como los discos de embrague giran a altas revoluciones, los forros se ven sujetos también a una fuerza centrífuga elevada, que crea considerables tensiones en los forros.
Por lo tanto, un criterio importante a la hora de elegir el material y fabricar forros de fricción es la capacidad de resistencia a la rotura.
Esa resistencia, también llamada resistencia a las revoluciones, debe superar en un determinado factor de seguridad a la resistencia que ofrecerían los forros de fricción sometidos a las revoluciones con que gira en condiciones normales el disco de embrague.
Los forros de fricción del embrague tienen que ser capaces de resistir sin daño (dentro de unos límites determinados) al efecto de temperaturas punta, en combinación con eventuales sobre-revoluciones causadas por un error cometido en el cambio de marchas.
Bronce sinterizado contra „la muerte“ del componente por calor extremo
En la actualidad, los forros de fricción se fabrican la mayor parte de las veces con materiales orgánicos.
Sin embargo, cuando se trata de material que estará sometido a cargas térmicas muy altas, dominan los forros de fricción inorgánicos, fabricados con materiales sinterizados.
Dependiendo de sus componentes principales, se distingue entre bronce sinterizado y aleaciones de hierro sinterizadas. Debido a su gran insensibilidad al calor, tales forros sinterizados pueden soportar sin daños temperaturas de hasta 600 grados Celsius.
El sistema elástico de los forros
Pasemos ahora al sistema elástico del forro, que influye considerablemente en el confort de conducción y en el comportamiento del forro en lo que se refiere al desgaste.
Por medio de segmentos delgados de chapa ondulada se consigue que los forros del embrague tengan una elasticidad axial.
La chapa con la que se fabrican los segmentos es un fleje de acero para resortes de alta calidad. La elasticidad que estos segmentos proporcionan al forro de embrague permite recorridos comprendidos entre 0,4 y 1,2 mm.
El sistema ofrece dos ventajas importantes en comparación con la versión rígida:
Los especialistas se refieren a la primera ventaja diciendo que existe un gráfico de contacto mejorado del forro. Debido a la elasticidad se compensan las tolerancias de espesor de los forros de fricción del embrague, así como la deformación producida por el calor. Un gráfico de contacto uniforme garantiza una distribución también uniforme del calor, lo cual hace que se reduzca claramente el riesgo de desgarros producidos por la tensión y por la temperatura.
La segunda ventaja es la comodidad que proporciona el comportamiento del vehículo al ponerse en movimiento, ya que el plato compresor tiene que presionar en principio al disco de embrague contra el volante venciendo la fuerza que opone la elasticidad del forro de fricción. Como esa presión crece progresivamente, la desaparición de la diferencia de revoluciones entre el motor y el cambio de marchas se produce de un modo suave y sin tirones – haciendo así posible una conexión suave del embrague y un arranque sin tirones del vehículo.
Diámetro de fricción constante contra eventuales cargas de impacto
En el caso de grandes diámetros de embrague, como los que se suelen montar en los vehículos industriales, una breve carga de impacto puede ser causa de deformación y, como consecuencia, de una clara reducción del diámetro útil de fricción. Una elasticidad adecuada del forro de fricción contrarresta este efecto, garantizando la capacidad de transmisión del embrague.
Tipos de sistemas elásticos para los forros de fricción
Dependiendo de las necesidades existentes en cada caso, se utilizan cuatro clases diferentes de sistemas de elasticidad para los forros de fricción. Se distingue entre:
- elasticidad por segmento simple
- elasticidad por segmento doble
- elasticidad de láminas
- elasticidad por chapa intermedia
El amortiguador de torsión
Por último, aunque no menos importante, pasaremos ahora al elemento que „se traga“ las vibraciones antes de que empiecen a sacudir el habitáculo de pasajeros – el amortiguador de torsión torsion.
Como ya sabemos, los motores de combustión no proporcionan un par constante, como sucede con los motores eléctricos y las turbinas.
Los motores de combustión se caracterizan por una cierta irregularidad, que el volante de inercia no puede suprimir totalmente.
El cigüeñal crea vibraciones no deseadas
En efecto, las constantes variaciones en la velocidad del cigüeñal, debidas a la aceleración, la deceleración y a oscilaciones en el movimiento de los pistones, crean vibraciones.
Para decirlo más exactamente, se trata aquí de las llamadas velocidades angulares, tema en el que de momento no necesitamos entrar con más detalle.
A nosotros nos basta con saber que, si no se aplican contramedidas, esas vibraciones se transmiten a través de los engranajes del cambio de marchas, llegando hasta la carrocería.
El amortiguador torsional se encarga de que eso no suceda – y lo hace mediante el aislamiento de las vibraciones. Las características más importantes del amortiguador de torsión son el sistema de torsión y el sistema de fricción.
Sistema de torsión
El sistema de torsión se compone del plato de arrastre y la placa de cierre portamuelles helicoidales, que se insertan en las „ventanas“ del plato de arrastre y de la placa.
Los muelles permiten un desplazamiento torsional respecto al estriado con la zona extrema de friccion de forro.Los muelles se comprimen y destensan continuamente, creando así el sistema de amortiguación.
El empleo de varios muelles distintos permite una amortiguación variable en diferentes etapas y multiescalonada.
Sistema de amortiguación
Por su parte, el sistema de amortiguación impide la percepción desagradable de vibraciones, absorbiéndolas de modo progresivo a través del sistema torsional.
El efecto se consigue por medio del montaje y apriete de modo axial de la brida del estriado entre el plato de arrastre y la tapa contradisco insertando de elementos elásticos y anillos de fricción de metal, fibra o material orgánico.
Se garantizan así los coeficientes de fricción deseados y el correspondiente comportamiento ante el desgaste. Unos pequeños diafragmas mantienen presionados los componentes del sistema de fricción, permitiendo de este modo que exista un efecto de fricción constante.
El plato de apriete del embrague
La principal función del plato de apriete del embrague es conectar y desconectar la transmisión mediante la aplicación de la fuerza compresora requerida. Además, libera el disco de contacto.
Sus principales componentes son los siguientes:
Plato compresor
Pongamos ahora bajo la lupa el plato compresor.
En su calidad de elemento asociado al disco de embrague en la fricción, el plato compresor está sujeto a grandes cargas térmicas. Dependiendo de las condiciones de utilización y del grado de carga a que se vea sometido, tiene que aguantar „sin quejarse“ unas temperaturas medias entre 120 y 400 grados Celsius.
Sin embargo, su masa es menor en comparación con el volante de inercia y se ve perjudicado adicionalmente por la carcasa del embrague, que le dificulta la evacuación del calor.
Este es el motivo de que una elección adecuada de la forma, del tamaño y del material del plato compresor juegue un papel decisivo en la duración de vida de los forros del embrague.
En efecto, el efecto de la temperatura influye de manera extrema en su comportamiento ante el desgaste, lo cual es también el motivo de que, en el lado plato compresor, el forro del embrague se desgaste normalmente más que en el lado del volante de inercia.
Los platos compresores necesitan resortes de lámina
El plato compresor se encuentra unido a la tapa del embrague por medio de resortes de lámina de acero inoxidable. La primera función de estos resortes de lámina consiste, por consiguiente, en centrar el plato compresor en la carcasa del embrague.
La distribución del flujo de fuerza entre el volante de inercia y el plato compresor es el motivo de la segunda función de los resortes de lámina: transmisión del par motor en una relación aproximada del 50%.
La tercera función explica por qué se utilizan aquí resortes: se trata de generar el movimiento de elevación del plato compresor.
Los resortes de lámina son componentes sensibles
Lo importante es que los resortes de lámina (compuestos en parte por varias capas de tiras de acero para resortes) sólo tengan que trabajar en la dirección de tracción, ya que las cargas en la dirección de empuje, como las que se pueden producir por un ajuste erróneo del encendido o por una desviación en la articulación del eje, tienen como resultado resortes doblados o incluso rotos.
Los platos de presión que se hayan caído al suelo, como ya ha sucedido algunas veces en los trabajos de montaje y desmontaje, no se pueden volver a montar.
Incluso una caída desde una pequeña altura puede hacer que los resortes de lámina se doblen. La comprobación exacta sólo se puede realizar por medio de la medición en un banco de pruebas especial.
El diafragma
Ahora nos acercamos a elemento central del embrague: el muelle de diafragma o diafragma, que en la actualidad es el que más se utiliza.
Para comprender mejor el principio de trabajo de un muelle de este tipo hay que empezar hablando de la construcción y el funcionamiento del embrague de muelle helicoidal.
Muelle helicoidal
El disco de embrague está fijado por el disco de presión, que presiona contra el disco de embrague, haciéndolo por medio de la fuerza de los muelles helicoidales. Los muelles se apoyan en la tapa de la caja del embrague, en la que se han previsto a tal fin copas de muelle.
Cuando se monta y cierra la tapa del embrague, los muelles helicoidales comprimen los componentes y el disco de embrague, como ya se ha dicho, queda fijado por el plato compresor y los muelles helicoidales.
Unas palancas se encargan de hacer retroceder el plato compresor, que dispone de un mecanismo al que están sujetas las palancas. Y la tapa de la carcasa del embrague tiene unas levas sobre las que se apoyan las palancas.
En el proceso de desembrague, el cojinete de desembrague presiona las palancas hacia abajo y el plato compresor libera el disco.
Muelle de plato o diafragma
En principio en el embrague de diafragma todo funciona de forma similar, pero de un modo mucho más eficaz y, al mismo tiempo, con menor complejidad mecánica. Por lo tanto, no es un milagro que durante las últimas décadas haya desplazado ampliamente al embrague de muelle helicoidal y que haya conquistado también el sector de los vehículos industriales.
La construcción de un embrague de diafragma es la siguiente: volante de inercia, disco de embrague, plato compresor, diafragma y finalmente la tapa del embrague, a la que se encuentra sujeto el diafragma.
Cuando se atornilla firmemente la tapa, el diafragma se tensa y comprime el disco de embrague entre el volante y el plato compresor, exactamente igual a lo que sucedía con el embrague de muelle helicoidal.
Pero lo que ahora falta es el mecanismo de palancas para el desembrague.
Aquí es donde se puede ver la ventaja principal del diafragma: es elemento transmisor de fuerza y, al mismo tiempo, palanca de desembrague.
Cuando el cojinete de desembrague presiona las lengüetas elásticas, el borde exterior del diafragma bascula como un balancín, en sentido opuesto al movimiento de desembrague del disco de presión.
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Fuente: repexpert.com
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